透水性硬化地面及鋪地的生態(tài)環(huán)境效益

透水性硬化地面及鋪地的生態(tài)環(huán)境效益

0城市硬化地面鋪裝設(shè)計(jì)的必要性城市建設(shè)不僅創(chuàng)造了人類生活空間，還改變了現(xiàn)有的自然生態(tài)環(huán)境。城市化的重要特征之一就是原有的天然植被不斷被建筑物及非透水性硬化地面所取代,從而改變了自然土壤植被及下墊層的天然可滲透屬性,城市硬化地面占整個(gè)城市區(qū)域面積相當(dāng)?shù)谋壤?因而,其生態(tài)效益的好壞對(duì)于城市生態(tài)環(huán)境起著至關(guān)重要的作用,選擇生態(tài)效益良好的硬化地面鋪裝是改善城市廣場及市區(qū)生態(tài)及物理環(huán)境的重要方面。傳統(tǒng)的城市道路、廣場的硬化地面設(shè)計(jì)主要關(guān)注其耐久性等技術(shù)性能指標(biāo)及視覺美觀方面的要求,因而大量的使用非透水性鋪裝作為鋪裝結(jié)構(gòu)。但是非透水性鋪裝存在明顯的生態(tài)環(huán)境缺陷,生態(tài)效益偏低。與非透水性鋪裝相比,透水性鋪裝很好地體現(xiàn)了“與環(huán)境共生”的理念,它在營造良好的城市聲、光、熱等物理及生態(tài)環(huán)境方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。發(fā)揮城市綠化、水體及鋪裝的生態(tài)環(huán)境的綜合效益,是改善城市人居環(huán)境的重要途徑。1透水性鋪裝技術(shù)透水性硬化路面及鋪地(簡稱透水性鋪裝)的內(nèi)部構(gòu)造是由一系列與外部空氣相連通的多孔結(jié)構(gòu)形成骨架,同時(shí)又能滿足路用及鋪地強(qiáng)度和耐久性要求的地面鋪裝。透水性鋪裝包括透水性瀝青鋪裝、透水性混凝土鋪裝及透水性地磚等;我國傳統(tǒng)的用于園林鋪地的鵝卵石地面鋪裝也是透水性鋪裝的一種。有些透水性地磚與綠化相結(jié)合,形成半綠化地面。透水性鋪裝由于其本身良好環(huán)境效益越來越受到人們的重視。1.1透水性鋪裝傳統(tǒng)的非透水性鋪裝片面強(qiáng)調(diào)硬化地面的防水防滲性能,該路面將自然降雨完全與路面下部土層及地下水阻斷,降雨只好通過城市排水系統(tǒng)管網(wǎng)排入江、河、湖、海等地表水源中,這就造成城市地下水源難以得到及時(shí)的補(bǔ)充,嚴(yán)重影響雨水的有效利用。同時(shí)不透水地面降雨時(shí)雨水是先通過地面的排水坡度或地表明溝排入下水道,雨水在進(jìn)入下水道前要經(jīng)過較長距離的地表徑流才能進(jìn)入城市地下排水系統(tǒng)。該過程使相對(duì)較清潔的雨水溶入大量的城市地表污染物,這種徑流過程中產(chǎn)生的二次污染,通過城市排水系統(tǒng)進(jìn)入周圍地表自然水體,因而加重了這些自然水體的污染程度。透水性鋪裝通過本身與鋪地下墊層相通的滲水路徑將雨水直接滲入下部土壤,雨水通過土層的過濾還可以得到凈化。因此,用透水性鋪裝代替不透水鋪裝可以有效緩解城市不透水硬化地面對(duì)于城市水資源的負(fù)面影響。日本屬多雨國家,該國的單位面積年平均降雨量為1800mm,是世界年平均降雨量的2.5倍,20世紀(jì)70年代為解決“因抽取地下水而引起地基下沉”等問題,日本采取了“雨水的地下還原對(duì)策”,開發(fā)應(yīng)用透水性瀝青路面,20世紀(jì)80年代初期日本建設(shè)省推行“雨水滲透計(jì)劃”。日本透水性鋪裝主要應(yīng)用于公園、廣場、停車場、運(yùn)動(dòng)場及城市道路,1996年初,僅東京都就鋪設(shè)透水性地面及鋪地495000m2,據(jù)統(tǒng)計(jì),東京透水性鋪裝市區(qū)雨水流出率由51.8%降低到5.4%。20世紀(jì)90年代以來,國際上流行使用諸如透水瀝青路面、透水性地磚以及類似我國園林的鵝卵石鋪地等透水路面覆蓋城市硬化地面,此舉對(duì)于提高城市市區(qū)雨水利用,保證市區(qū)地下水的有效補(bǔ)充具有重要意義。1.2多孔瀝青路面的吸聲噪聲當(dāng)聲波打在透水性鋪裝表面上時(shí),聲波引起透水性鋪裝內(nèi)部小孔或間隙的空氣運(yùn)動(dòng),緊靠孔壁表面的空氣運(yùn)動(dòng)速度較慢,由于摩擦和空氣運(yùn)動(dòng)的粘滯阻力,一部分聲能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?從而使聲波衰減;同時(shí),小孔中空氣和孔壁的熱交換引起的熱損失,也能使聲能衰減。由于城市高層建筑以及高架道路的不斷增多,再加上穿過市區(qū)的飛機(jī)噪聲,這些聲源較高的噪聲,從城市上空投射到透水性鋪裝表面上,根據(jù)上述原理,透水性鋪裝依靠其特有的吸聲降噪機(jī)理對(duì)城市聲環(huán)境起到明顯的改善作用。普通的非透水性硬化廣場地面只能將聲波重新反射,起不到吸聲降噪的作用。另一方面,透水性鋪裝的多孔結(jié)構(gòu)能使在其上行駛車輛的輪胎噪聲降低,進(jìn)而對(duì)降低交通噪聲也是有利的。西安公路交通大學(xué)基于我國常用的瀝青混合料,對(duì)瀝青路面材料的級(jí)配優(yōu)化及改性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,在滿足行車強(qiáng)度及耐久性的前提下,確定了多孔瀝青路面的吸聲系數(shù)與孔隙率、厚度及頻率的相互關(guān)系,并得出4cm厚度多孔瀝青路面在峰值頻率500Hz時(shí),孔隙率Vv與吸聲系數(shù)α之間經(jīng)驗(yàn)公式:α=1.655Vv?6.058α=1.655Vv-6.058式中α——垂直吸聲系數(shù);Vv——材料的孔隙率,%。該經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)于透水瀝青路面的孔隙率優(yōu)化選配具有參考價(jià)值。1996年,我國先后在杭州——金華段高速公路和320國道上鋪設(shè)透水性瀝青試驗(yàn)路面,使用及測試證明,該種路面在降低噪聲方面具有明顯的優(yōu)勢。對(duì)于多孔路面吸聲降噪效果方面,比利時(shí)研究人員得出如下經(jīng)驗(yàn)公式:式中dL——降低噪聲值,dB;E——層厚,mm;Vv——孔隙率,%。該公式計(jì)算厚度E為40mm,孔隙率Vv為20%的多孔路面(該參數(shù)是實(shí)際應(yīng)用的常規(guī)取值),其減噪量可達(dá)4dB,這與國外報(bào)道的以及杭州——金華段高速公路透水性瀝青試驗(yàn)路面的實(shí)測數(shù)據(jù)相吻合。1.3透水鋪裝調(diào)溫技術(shù)透水性鋪裝由于自身一系列與外部空氣及下部透水墊層相連通的多孔構(gòu)造,雨過天晴以后,透水性鋪裝下墊層土壤中豐富的毛細(xì)水通過太陽輻射作用下的自然蒸發(fā)蒸騰作用,吸收大量的顯熱和潛熱,使其地表溫度降低,從而有效地緩解了“熱島現(xiàn)象”。所以,城市廣場及市區(qū)中透水性鋪裝與城市水體蒸發(fā)及綠化體系的蒸騰作用一樣都將影響城市廣場及市區(qū)的溫度,對(duì)改善城市市區(qū)的熱環(huán)境及形成局地風(fēng)都有明顯的作用。“城市干燥化”是城市熱島效應(yīng)的連鎖反應(yīng)之一。北方城市在少雨季節(jié)常見的風(fēng)沙起塵現(xiàn)象,究其原因就是地表的濕度及蒸發(fā)量減少,空氣及地表的濕度過小,空氣日益干燥。該現(xiàn)象在缺水的北方城市尤其明顯,這些城市如果使用透水性鋪裝,透水性鋪裝蒸發(fā)的水蒸汽會(huì)增加空氣的濕度,這對(duì)于緩解“城市干燥化”也是有利的,該增濕作用可以有效地減少城市地面的起塵及“沙塵暴”危害。1.4城市地表生態(tài)環(huán)境危機(jī)的根源不透水鋪裝嚴(yán)重地破壞了城市市區(qū)地表土壤的動(dòng)植物生存環(huán)境,改變了大自然原有的生態(tài)平衡。包括城市廣場、建筑、道路等設(shè)施在內(nèi)的城市下墊層代替了大自然原有的森林、綠地和田野,形成了“城市荒漠”,野生動(dòng)植物逐漸失去了其賴以生存的環(huán)境而不斷減少以致瀕臨滅絕,可以說城市不透水硬化地面正是形成一系列城市地表生態(tài)環(huán)境危機(jī)的根源之一。聯(lián)合國環(huán)境計(jì)劃署(UnitedNationsEnvironmentProgram,簡稱UNEP)制定的“人類環(huán)境宣言”和“生物多樣性公約”正是針對(duì)上述危機(jī)而提出的世界范圍的生態(tài)保護(hù)法規(guī)。透水性鋪裝兼有良好的滲水性及保濕性,它既兼顧了人類活動(dòng)對(duì)于硬化地面的使用要求,又能通過自身性能接近天然草坪和土壤地面的生態(tài)優(yōu)勢以便減輕城市非透水性硬化地面對(duì)大自然的破壞程度,透水性鋪裝地面以下的動(dòng)植物及微生物的生存空間得到有效的保護(hù),因而很好地體現(xiàn)了“與環(huán)境共生”的可持續(xù)發(fā)展理念。1.5透水性鋪裝技術(shù)的作用我國城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展嚴(yán)重滯后的狀況使得暴雨時(shí)節(jié)城市排水設(shè)施不能有效滿足排水及防洪的要求,市區(qū)硬化地面常常出現(xiàn)雨水蓄積和漫流現(xiàn)象,這種情況下非透水性鋪裝無疑會(huì)加重城市排水系統(tǒng)的壓力,它是我國很多城市夏季產(chǎn)生城區(qū)內(nèi)澇的重要因素。不透水地面只能依靠表面匯水系統(tǒng)及城市排水管網(wǎng)排除地表降雨,在暴雨時(shí)這種地面徑流急劇增高,很快出現(xiàn)峰值,流量急升急降。而透水性鋪裝地面由于自身良好的透水性能的滲水能力,能有效地緩解城市排水系統(tǒng)的泄洪壓力,徑流曲線平緩,其峰值較低,并且流量也是緩升緩降,這對(duì)于城市防洪無疑是有利的。因此,鋪裝透水性地面不失為城市廣場防澇的積極措施。1.6兩組夜間天氣形勢不一致透水性鋪裝表面由于孔隙的存在使得投射到表面上的光線產(chǎn)生擴(kuò)散反射,因而避免了光滑地磚或石材常出現(xiàn)的由定向反射而造成的眩光,雨天不透水地面聚集的水面同樣會(huì)產(chǎn)生眩光,這種眩光在夜間的車燈照耀下特別嚴(yán)重,這是造成夜晚雨天行車交通事故多的重要原因之一。透水性鋪裝由于及時(shí)消除表面積水,因而克服了行車“漂滑”、“飛濺”、“夜間眩光”等不透水地面所帶來的缺陷,對(duì)城市交通安全也是有利的。2北京市園林綠化體系生態(tài)效益評(píng)價(jià)城市綠化體系生態(tài)效益的大小是由“綠量”決定的,它是由綠化體系在三維空間中綠色植物所有的葉面面積的總和作為量化指標(biāo)。城市綠化體系“綠量”可以綜合反映該綠化體系生態(tài)效益的高低。北京市依照不同植物個(gè)體的葉面積與植物胸徑、冠高的相關(guān)性,建立了計(jì)算不同植物個(gè)體綠量的回歸模型,以計(jì)算綠化體系的葉面積總量——“綠量”,該方法適用于計(jì)算類似城市廣場及居住小區(qū)小塊綠地的綠量,提出了喬木、灌木及草坪的適宜比例為4∶3∶3。與灌木和草坪相比較,喬木在凈化大氣、涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境、吸收有害氣體及電磁輻射等方面具有明顯的優(yōu)勢,理應(yīng)在廣場綠化體系“綠量”的優(yōu)化配置中占主導(dǎo)地位。3水景的生態(tài)處理水的比熱大,水在蒸發(fā)時(shí)將吸收包括顯熱和潛熱在內(nèi)的大量熱量,是氣溫穩(wěn)定的首要因素,城市中的河流、水池、雨水蒸汽、城市排水及土壤和植物中的水分都將影響城市的溫、濕度,所以水體對(duì)改善城市的溫、濕度及形成局地風(fēng)都有明顯的作用,同時(shí)由于水陸的熱效應(yīng)不同,導(dǎo)致水陸地表面受熱不均,引起局部熱壓差而形成白天向陸、夜間向江湖的日夜交替的“水陸風(fēng)”,它改善了水體周圍市區(qū)的夏季熱環(huán)境質(zhì)量。杭州西湖,南京玄武湖,上海黃浦江以及成都府南河改造工程都為所在城市鄰近市區(qū)的氣溫及環(huán)境帶來積極的影響,這些濱水區(qū)往往是市民留戀忘返的地方。城市廣場中布置水體如果處理得當(dāng),在多雨季節(jié)可以有效的吸納周圍明溝和地面徑流匯集的雨水。從而減輕暴雨時(shí)城市排水系統(tǒng)的壓力。晴天時(shí)水體匯集的雨水可通過透水池底緩慢地滲透補(bǔ)充地下水或作為周圍綠化的灌溉用水。城市廣場中的水面及噴泉為廣場增添了生機(jī)與活力,為市民帶來了清涼與歡樂,有些噴泉如果布置合理,在太陽光的映射下還會(huì)呈現(xiàn)出美麗的彩虹。水體和人工瀑布相結(jié)合,成為廣場造景的重要手段;水體與音樂噴泉和水幕電影相結(jié)合,更使廣場平添無窮的魅力。廣場的噴泉、跌水、溪流及人工瀑布也可營造宜人的水聲環(huán)境。溪流潺潺、泉水叮咚可使人忘卻城市的嘈雜與喧囂,無錫寄暢園內(nèi)的“八音澗”及意大利埃斯泰莊園(Villadeste)的“風(fēng)琴噴泉”都可以作為營造人工聲環(huán)境的范例?？傊?城市水體對(duì)改善市環(huán)境氣候、水資源利用、豐富娛樂游憩等起著重要作用,是建設(shè)未來“山水城市”的重要保證。4系統(tǒng)論觀點(diǎn)的應(yīng)用城市生態(tài)及物理環(huán)境涉及自然條件、城市經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展等諸多因素,它是由相互作用和相互依賴若干要素組成的有機(jī)整體。綠化、水體及鋪裝是城市規(guī)劃中與城市生態(tài)及物理環(huán)境密切相關(guān)的三個(gè)要素,綠化、水體及鋪裝共同組成城市生態(tài)物理環(huán)境的物質(zhì)體系。利用系統(tǒng)論觀點(diǎn),對(duì)城市生態(tài)物理環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行研究,就應(yīng)按照系統(tǒng)整體性原理,不僅要充分發(fā)揮三個(gè)要素的功能,更重要的是調(diào)整各要素的結(jié)構(gòu)配置,優(yōu)化整體功能。城市人口、交通規(guī)劃以及產(chǎn)業(yè)布局等系統(tǒng)外部要素對(duì)于城市生態(tài)及物理環(huán)境同樣起著重要的作用。因而同時(shí)要考慮三個(gè)要素與系統(tǒng)外部環(huán)境之間存在的動(dòng)態(tài)相關(guān)性,在上述要素與周圍環(huán)境的相互聯(lián)系和相互作用中認(rèn)識(shí)和改善系統(tǒng)配置,通過調(diào)整增加系統(tǒng)各要素之間的有序性,以便充分發(fā)揮各要素在整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化方面的功能。優(yōu)化城市鋪裝、綠化及水體配置,充分發(fā)揮綠化、水體及鋪裝三個(gè)要素